本文選題：外骨骼手指康復(fù)機器人 + 可穿戴主從控制　； 參考：《天津理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：中風(fēng)被醫(yī)學(xué)界公認(rèn)為是威脅人類健康的三大疾病之一,而中風(fēng)后導(dǎo)致偏癱的概率達百分之五十以上,此類患者的康復(fù)需求引起了社會各界的極大關(guān)注。中風(fēng)患者因失去了其運動功能喪失了生活自理的能力,嚴(yán)重者身體完全癱瘓。手作為人體在日常生活中使用最頻繁的器官,因此手部的康復(fù)訓(xùn)練成為中風(fēng)患者最急需康復(fù)的內(nèi)容。本課題調(diào)研了國內(nèi)外剛性和軟體外骨骼手指康復(fù)機器人系統(tǒng),結(jié)合了兩者的優(yōu)點重新設(shè)計了一套剛性外骨骼式機器人系統(tǒng),用于輔助偏癱患者在康復(fù)初期進行手指的屈伸運動訓(xùn)練。設(shè)計之前,對人手的結(jié)構(gòu)組織進行了相關(guān)研究,了解了手部組織及骨骼構(gòu)成,并依據(jù)D-H參數(shù)法對人手指結(jié)構(gòu)進行分析,最后得到其空間運動模型,為機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用電動驅(qū)動的方式,采用步進電機作為動力源,可以實現(xiàn)比較精確的控制,可以使電機停止在某一個任意的位置,也就是使得患者的手指可以隨時停止在某一設(shè)定的位置。在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中,應(yīng)用了程序控制和主從控制兩種控制方式。程序控制,主要是針對患病比較嚴(yán)重的中風(fēng)和偏癱患者來說的,該患者穿戴好外骨骼手指康復(fù)機器人,按照設(shè)定好的程序可實現(xiàn)機器人按照既定的運動方式對患者的手指進行特定的康復(fù)訓(xùn)練。同時,貼附在患者手指上的彎曲傳感器實時監(jiān)測患者手指的彎曲角度信息,以便于觀察患者的康復(fù)訓(xùn)練情況。主從控制方式,主要是針對患病比較輕的患者來說的。主從式控制方式就是讓患者自身的正常一側(cè)的手指去控制患病一側(cè)的手指,實現(xiàn)自主控制。本文還針對設(shè)計好的外骨骼手指康復(fù)機器人進行了運動學(xué)仿真,以便為該機器人提供有力的理論支撐。首先將設(shè)計好的外骨骼手指康復(fù)機器人模型導(dǎo)入到ADAMS仿真軟件中,并將各個連接關(guān)節(jié)重新建立約束條件,設(shè)置好驅(qū)動函數(shù)后,就得到了機器人上的標(biāo)記點的運動信息(彎曲角度、角速度和角加速度)。從仿真結(jié)果可以看出,該外骨骼手指康復(fù)機器人具有很好的柔順性,在運動過程中可以很順暢地完成設(shè)定好的彎曲/伸展動作。在最后,對設(shè)計出來的外骨骼手指康復(fù)機器人進行了相應(yīng)的特性評價。該特性評價實驗主要應(yīng)用了前面提到的主從控制的方式對機器人進行彎曲角度的評價,并得到了主從端的實時性,以此來判斷該外骨骼手指康復(fù)機器人的實時性。實驗表明,該機器人具有很好的實時性,從端的動作基本和主端動作完全一致,且具有很好的跟隨性。
[Abstract]:Stroke is the medical profession recognized as one of the three major diseases which threaten human health, and after stroke hemiplegia due to the probability of more than fifty percent, the rehabilitation needs of these patients caused great concern in the community. Stroke patients lost their motor function loss of self-care ability, serious physical hand is completely paralyzed. The most frequently used in the daily life of the organ, so the hand rehabilitation training has become the most urgent need of rehabilitation in stroke patients. The contents of this topic research on the domestic and foreign software and rigid exoskeleton finger rehabilitation robot system, combines the advantages of the new design of a rigid exoskeleton robot system for assisting hemiplegic patients in the early rehabilitation of finger flexion and extension training. Before the design, the structure of the organization staff carried out relevant research, understanding of hand tissue and bones, and On the basis of the structure of human fingers was analyzed by D-H parameter method, and finally get the space movement model, provide a theoretical basis for the structural design of the robot. This system uses electric drive and stepper motor is used as power source, can achieve more accurate control, can make the electric machine stopped at a certain arbitrary location, which is made the patient's finger can stop at a set position. In the control system design process, using program control and master-slave control two control mode. Program control, mainly for the prevalence of severe in wind and hemiplegic patients, the patients wear exoskeleton finger rehabilitation robot, according to the set the program can realize the robot rehabilitation training specific to the patient's finger movement in accordance with established. At the same time, attached to the patient's finger on the bending sensor for real-time monitoring of patients The bending angle of the fingers of the information, to facilitate the observation of patients with rehabilitation training. The master-slave control mode, mainly for the prevalence of relatively light patients. The master-slave control way is to let the normal side of the patient's own fingers to control the sick side of fingers, to achieve self master control. Aiming at the exoskeleton finger rehabilitation robot the design of kinematics simulation, in order to provide strong theoretical support for the robot. First the exoskeleton finger rehabilitation robot model into ADAMS simulation software, and each connection joint re establishing constraints, set the function driver, we get the information on the robot marker (bending angle, angular velocity and angular acceleration). The simulation results show that the exoskeleton finger rehabilitation robot has excellent compliance, in the process of movement can be To smoothly finish setting the bending / stretching movements. In the end, the characteristics of the corresponding evaluation on exoskeleton finger rehabilitation robot designed. Experimental evaluation of the characteristics of the main application of the evaluation mentioned in the master-slave control way of the bending angle of the robot, and get real-time master-slave end of this. To determine the real-time performance of the exoskeleton finger rehabilitation robot. Experimental results show that the robot has good real-time performance, from the end of the basic movements and main end action is completely consistent, and has the following good.

【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：1768450